قام فريق دولي من الفيزيائيين بإنشاء مستشعر حركة صغير يعتمد على مقياس التداخل، والذي يمكن استخدامه لتعزيز أداء أجهزة الكشف عن موجات الجاذبية. يمكن للجهاز الذي يبلغ حجمه سنتيمترًا قياس إزاحة كتل الاختبار بدقة أقل من البيكومتر عند الترددات المنخفضة. ويعتقد الباحثون أن ابتكاراتهم التقنية يمكن أن تؤدي إلى فرص جديدة في الكشف عن موجات الجاذبية، مما يسمح لعلماء الفلك بمراقبة الأحداث التي ظلت حتى الآن محجوبة بالضوضاء. ويمكن استخدامه أيضًا في مجالات أخرى بما في ذلك علم الزلازل والمقاييس.
مراصد LIGO وVirgo عبارة عن مقاييس تداخل بحجم كيلومتر واحد، تكتشف موجات الجاذبية من خلال مراقبة مواقع المرايا الكبيرة، والتي تخضع لإزاحات صغيرة للغاية عندما تمر موجة جاذبية عبر الأرض. وقد التقطوا حتى الآن العشرات من إشارات موجات الجاذبية، والتي نشأت إلى حد كبير من اندماج أزواج من الثقوب السوداء ذات الكتلة النجمية. بناءً على هذا النجاح الأولي، يأمل علماء الفلك الآن في اكتشاف موجات الجاذبية ذات التردد المنخفض الناتجة عن اندماج ثقوب سوداء أكبر بكثير متوسطة الكتلة، والتي تبلغ كتلتها مئات، أو حتى آلاف المرات، كتلة الشمس.
ولسوء الحظ، تمنع الزلازل والضوضاء الأخرى حاليًا مرصدي LIGO وVirgo من الوصول إلى الحساسية المطلوبة اللازمة لقياس هذه الإشارات ذات التردد المنخفض. ويمكن التحكم في تأثير هذه الضوضاء إلى حد ما من خلال مراقبة وتخميد الحركات التي تسببها في المرايا ومكونات المراصد الأخرى.
المكونات التجارية
الآن، جيري سميتانا في جامعة برمنغهام وزملاؤه، استخدموا مكونات بصرية متاحة تجاريًا لإنشاء كاشف إزاحة يقولون إنه مناسب لأنظمة كتم الضوضاء هذه.
يشتمل المستشعر على مقياسي تداخل ميشيلسون يتم تشغيلهما بواسطة ليزر واحد. يشتمل كل مقياس تداخل على رأس استشعار ومرآة. أحد رؤوس الاستشعار هو جزء من حلقة ردود الفعل التي تعمل على استقرار تردد الليزر، وبالتالي تعزيز أداء النظام.
يعمل الضغط الكمي على تعزيز أداء كاشفات موجات الجاذبية في مرصدي LIGO وVirgo
استخدم الفريق تقنية تسمى تعديل التردد العميق لحساب إزاحة المرايا من أطراف مقياس التداخل المقاسة. تسمح هذه التقنية باكتشاف الحركات الصغيرة عبر نطاق واسع من الترددات. في الواقع، يتمتع النظام بحساسية تبلغ 0.3 مساءً/√ هرتز بتردد 1 هرتز، وهو أفضل 300 مرة من نوع واحد من أجهزة الاستشعار المستخدمة حاليًا في LIGO.
يبلغ حجم المستشعر عدة سنتيمترات فقط، مما يجعله مرشحًا مناسبًا للترقيات المستقبلية لكاشفات موجات الجاذبية الحالية، وهي ترقيات يمكن تنفيذها بأقل تأثير على بنيتها التحتية الحالية.
ومع هذه التحسينات، يقترح الباحثون أن علماء الفلك قد يكونون قادرين على اكتشاف عمليات الاندماج بين الثقوب السوداء متوسطة الكتلة لأول مرة. إن امتلاك القدرة على قياس الإشارات ذات التردد المنخفض سيكون مفيدًا أيضًا لعلم الفلك متعدد المراسلات، مما يسمح باكتشاف الإشارات بشكل أكبر قبل أحداث الاندماج. ويمكن استخدام المستشعر أيضًا في أدوات أخرى تكتشف الإزاحات الصغيرة، مثل موازين الالتواء وأجهزة قياس الزلازل.
تم وصف البحث في تم تطبيق المراجعة البدنية.
